Kwas fluorowodorowy - Hydrofluoric acid

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Kwas fluorowodorowy
Fluorowodór.JPG
Fluorowodór-3D-vdW.png
Woda-3D-vdW.png
Fluor ion2.svg
Oxonium-ion-3D-vdW.png
Nazwy
Nazwa IUPAC
Fluoran
Inne nazwy
Kwas
fluorowodorowy Fluorek wodoru
Identyfikatory
Model 3D ( JSmol )
ChEBI
ChemSpider
Numer WE
  • 231-634-8
Numer RTECS
  • MW7875000
UNII
  • InChI = 1S / FH / h1H  czek Y
    Klucz: KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N  czek Y
  • InChI = 1 / FH / h1H
    Klucz: KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYAC
  • fa
  • [F -]. [OH3 +]
Nieruchomości
HF (aq)
Wygląd Bezbarwna ciecz
Gęstość 1,15 g / ml (dla 48% roztworu)
Kwasowość (p K a ) 3.17
Zagrożenia
Piktogramy GHS ŻrącyOstra toksyczność
Hasło ostrzegawcze GHS Niebezpieczeństwo
H280 , H300 , H310 , H314 , H318 , H330
P260 , P262 , P264 , P270 , P271 , P280 , P284 , P301 + 310 , P301 + 330 + 331 , P302 + 350 , P303 + 361 + 353 , P304 + 340 , P305 + 351 + 338 , P310 , P320 , P321 , P322 , P330 , P361 , P363 , P403 + 233 , P405 , P410 + 403 , P501
NFPA 704 (ognisty diament)
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
czek Y   zweryfikować  ( co to jest    ?) czek Y ☒ N
Referencje Infobox

Kwas fluorowodorowy jest rozwiązanie z fluorowodoru (HF) w wodzie . Roztwory HF są bezbarwne, kwaśne i silnie żrące . Jest używany do produkcji większości związków zawierających fluor; przykłady obejmują powszechnie stosowany farmaceutyczny lek przeciwdepresyjny, fluoksetynę (Prozac) i materiał PTFE (Teflon). Wytwarzany jest z niego pierwiastkowy fluor . Jest powszechnie używany do wytrawiania wafli szklanych i silikonowych.

Kontakt kwasu fluorowodorowego z ludzką skórą powoduje głębokie oparzenia.


Używa

Produkcja związków organofluorowych

Głównym zastosowaniem kwasu fluorowodorowego jest chemia organofluorowa . Wiele związków fluoroorganicznych jest przygotowywanych przy użyciu HF jako źródła fluoru, w tym teflon , fluoropolimery , fluorowęglowodory i czynniki chłodnicze, takie jak freon . Wiele farmaceutyków zawiera fluor.

Produkcja nieorganicznych fluorków

Większość nieorganicznych związków fluoru o dużej objętości wytwarza się z kwasu fluorowodorowego. Przede wszystkim są to Na 3 AlF 6 , kriolit i AlF 3 , trifluorek glinu . Stopiona mieszanina tych ciał stałych służy jako rozpuszczalnik wysokotemperaturowy do produkcji metalicznego aluminium . Inne nieorganiczne fluorki otrzymywane z kwasu fluorowodorowego obejmują fluorek sodu i sześciofluorek uranu .

Wytrawiacz, czyścik

Zbiorniki do mokrego trawienia

Jest stosowany w przemyśle półprzewodników jako główny składnik Wright Etch i buforowanego trawienia tlenkowego , które są używane do czyszczenia płytek krzemowych . W podobny sposób jest również stosowany do wytrawiania szkła przez obróbkę dwutlenkiem krzemu w celu utworzenia gazowych lub rozpuszczalnych w wodzie fluorków krzemu. Można nim również polerować i mrozić szkło.

SiO 2 + 4 HF → SiF 4 (g) + 2 H 2 O
SiO 2 + 6 HF → H 2 SiF 6 + 2 H 2 O

Żel z kwasem fluorowodorowym od 5% do 9% jest również powszechnie stosowany do wytrawiania wszystkich ceramicznych uzupełnień dentystycznych w celu poprawy wiązania. Z podobnych powodów rozcieńczony kwas fluorowodorowy jest składnikiem domowych odplamiaczy do rdzy, myjni samochodowych w związkach „do czyszczenia kół”, w ceramicznych i tkaninowych inhibitorach rdzy oraz w odplamiaczach wodnych. Ze względu na jego zdolność do rozpuszczania tlenków żelaza, a także zanieczyszczeń na bazie krzemionki, kwas fluorowodorowy jest stosowany w kotłach przed uruchomieniem, które wytwarzają parę wysokociśnieniową. Kwas fluorowodorowy jest również przydatny do rozpuszczania próbek skał (zwykle sproszkowanych) przed analizą. W podobny sposób kwas ten jest używany w kwaśnych maceracjach w celu wydobycia organicznych skamieniałości ze skał krzemianowych. Skała kopalna może być zanurzona bezpośrednio w kwasie lub można nałożyć warstwę azotanu celulozy (rozpuszczonego w octanie amylu ), który przylega do składnika organicznego i pozwala na rozpuszczenie skały wokół niego.

Rafinacja ropy naftowej

W standardowym procesie rafinacji ropy naftowej , znanym jako alkilowanie , izobutan jest alkilowany niskocząsteczkowymi alkenami (głównie mieszaniną propylenu i butylenu ) w obecności kwasowego katalizatora pochodzącego z kwasu fluorowodorowego. Katalizator protonuje alkeny (propylen, butylen) w celu wytworzenia reaktywnych karbokationów , które alkilują izobutan. Reakcję prowadzi się w łagodnych temperaturach (0 i 30 ° C) w reakcji dwufazowej.

Produkcja

Kwas fluorowodorowy został po raz pierwszy przygotowany w 1771 roku przez Carla Wilhelma Scheele . Obecnie produkuje się go głównie poprzez obróbkę mineralnego fluorytu CaF 2 stężonym kwasem siarkowym o stężeniu ok. 265 ° C.

CaF 2 + H 2 SO 4 → 2 HF + CaSO 4

Kwas jest również produktem ubocznym wytwarzania kwasu fosforowego z apatytu / fluoroapatytu . Trawienie minerału kwasem siarkowym w podwyższonej temperaturze uwalnia mieszaninę gazów, w tym fluorowodór, który można odzyskać.

Ze względu na wysoką reaktywność w stosunku do szkła kwas fluorowodorowy jest przechowywany w plastikowych pojemnikach.

Kwas fluorowodorowy występuje w przyrodzie; jest uwalniany podczas erupcji wulkanów.

Nieruchomości

W rozcieńczonym wodnym roztworze fluorowodór zachowuje się jak słaby kwas, spektroskopia w podczerwieni została wykorzystana do wykazania, że ​​w roztworze dysocjacji towarzyszy tworzenie się pary jonowej H
3
O +
· F - .

H.
2
O
+ 2HF ⇌ H + + F - + H
3
O +
⋅F - , pK a = 3,17

Ta para jonowa została scharakteryzowana w stanie krystalicznym w bardzo niskiej temperaturze. Dalsze asocjacje scharakteryzowano zarówno w roztworze, jak iw stanie stałym.

HF + F - ⇌ HF 2 - log K = 0,6

Zakłada się, że polimeryzacja zachodzi wraz ze wzrostem stężenia. Założenie to potwierdza wyodrębnienie soli tetramerycznego anionu H 3 F 4 - oraz niskotemperaturowa krystalografia rentgenowska. Nie wszystkie zostały scharakteryzowane gatunki obecne w stężonych wodnych roztworach fluorowodoru; oprócz HF 2 - który jest znany , istnieje duże prawdopodobieństwo tworzenia się innych rodzajów polimeru, H n-1 F n - .

Funkcja kwasowość Hammetta , H 0 , do 100% HF wynosiła od -10.2 i -11. co jest porównywalne z wartością −12 dla kwasu siarkowego .

Roztwory kwasu fluorowodorowego atakują szkło, dlatego są przechowywane i stosowane w naczyniach wykonanych z teflonu . Atakują ludzką skórę , dlatego należy obchodzić się z nimi bardzo ostrożnie: patrz # Zdrowie i bezpieczeństwo poniżej.

Kwasowość

W przeciwieństwie do innych kwasów chlorowcowodorowych, takich jak kwas solny , fluorowodór jest tylko słabym kwasem w rozcieńczonym wodnym roztworze. Wynika to po części z siły wiązania wodorowo-fluorowego, ale także z innych czynników, takich jak tendencja HF, H
2
O
i F. -
aniony tworzące klastry. W wysokich stężeniach cząsteczki HF ulegają homoasocjacji, tworząc jony wieloatomowe (takie jak bifluorek , HF -
2
) i protony , co znacznie zwiększa kwasowość. Prowadzi to do protonowania bardzo silnych kwasów, takich jak kwas solny, siarkowy lub azotowy, gdy stosuje się stężone roztwory kwasu fluorowodorowego. Chociaż kwas fluorowodorowy jest uważany za słaby kwas, jest bardzo korozyjny, a po uwodnieniu atakuje nawet szkło.

Kwasowość roztworów kwasu fluorowodorowego zmienia się wraz ze stężeniem z powodu oddziaływań wiązań wodorowych jonu fluorkowego. Rozcieńczone roztwory są słabo kwaśne ze stałą jonizacji kwasowej K a  = 6,6 × 10 - 4 (lub p K a  = 3,18 ), w przeciwieństwie do odpowiednich roztworów innych halogenowodorów, które są mocnymi kwasami ( p K a  <0 ). Stężone roztwory fluorowodoru są znacznie silniej kwaśne niż wynika to z tej wartości, na co wskazują pomiary funkcji kwasowości Hammetta H 0 (lub „efektywne pH”). H 0 do 100% HF wynosiła od -10.2 i -11, porównywalne do wartości -12 do kwasu siarkowego .

Pod względem termodynamicznym roztwory HF są wysoce nieidealne , a aktywność HF rośnie znacznie szybciej niż jego stężenie. Słaba kwasowość w rozcieńczonym roztworze jest czasami przypisywana wysokiej sile wiązania H-F , która w połączeniu z wysoką entalpią rozpuszczania HF przeważa nad bardziej ujemną entalpią hydratacji jonu fluorkowego. Paul Giguère i Sylvia Turrell wykazali za pomocą spektroskopii w podczerwieni, że dominującą substancją rozpuszczoną w rozcieńczonym roztworze jest para jonów z wiązaniami wodorowymi H
3
O +
· F - .

H.
2
O
+ HF ⇌ H
3
O +
⋅F -

Wraz ze wzrostem stężenia HF wzrasta również stężenie jonu difluorowodoru . Reakcja

3 HF HF 2 - + H 2 F +

jest przykładem homokoniugacji .

Zdrowie i bezpieczeństwo

Oparzenie dłoni kwasem fluorowodorowym

Oprócz tego, że jest wysoce korozyjną cieczą, kwas fluorowodorowy jest również silną trucizną kontaktową . Ze względu na zdolność kwasu fluorowodorowego do penetracji tkanek, zatrucie może łatwo nastąpić poprzez kontakt ze skórą lub oczami, wdychanie lub połknięcie. Objawy narażenia na kwas fluorowodorowy mogą nie być od razu widoczne, a to może dać ofiarom fałszywe uspokojenie, powodując opóźnienia w leczeniu. Pomimo drażniącego zapachu, HF może osiągnąć niebezpieczne poziomy bez wyraźnego zapachu. HF zaburza funkcje nerwów, co oznacza, że ​​oparzenia mogą początkowo nie być bolesne. Przypadkowe narażenie może pozostać niezauważone, opóźniając leczenie oraz zwiększając rozmiar i wagę obrażeń. Objawy narażenia na HF obejmują podrażnienie oczu, skóry, nosa i gardła, oparzenia oczu i skóry, nieżyt nosa , zapalenie oskrzeli , obrzęk płuc (gromadzenie się płynu w płucach) i uszkodzenie kości.

Kultura popularna

W czwartym odcinku serialu „Reakcja łańcuchowa” brytyjskiego dramatu medycznego Casualty, kolizja drogowa skutkuje wyciekiem kwasu fluorowodorowego testującego zasoby wydziału i skutkującym śmiercią policjanta i poważnymi oparzeniami innych kierowców. Ten odcinek realistycznie przedstawia reakcję straży pożarnej na wyciek chemikaliów

W odcinku Breaking Bad zatytułowanym „ Cat's in the Bag… ” Jesse Pinkman używa kwasu fluorowodorowego do rozpuszczenia ciała Emilio Koyamy. W innym odcinku „ Box Cutter ” Walter White i Jesse Pinkman używają kwasu fluorowodorowego do rozpuszczenia ciała Victora.

W filmie Saw VI kwas fluorowodorowy jest używany do zabijania Williama Eastona. W filmie Jigsaw Carly zostaje zabita przez kwas fluorowodorowy wstrzyknięty do jej krwiobiegu.

W odcinku Titans zatytułowanym „Jason Todd”, młody Dick Grayson twierdzi, że morderca jego rodziców użył kwasu fluorowodorowego do spalenia ich lin trapezowych.

W trzech segmentach gry wideo Zero Time Dilemma, zatytułowanych „First Come, First Saved”, każdy z trzech zespołów uczestników ma możliwość naciśnięcia przycisku, który aktywuje prysznic kwasu fluorowodorowego, który wylewa się na pozostałe dwa zespoły. Proces korozji kwasu jest zarówno opisany, jak i przedstawiony jako wystarczająco szybki, aby stopić wszystko, od metalu i szkła po całe ciało dużego dorosłego mężczyzny w ciągu kilku sekund, pozostawiając jedynie niewielkie ilości tkanki.

W odcinku 15 sezonu 2 stacji 19 , komendant straży pożarnej jest narażony na działanie kwasu fluorowodorowego podczas wypadku pożaru w ziaren kawy w poprzednim odcinku. Po opóźnionej reakcji na objawy prowadzi to do jego ostatecznej śmierci.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne